[科普中国]-遥感影像数据库

研究背景

地理信息系统(Geographic Information System , GIS)是一种为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统(1998年，美国国家地理信息与分析中心定义)。这里空间数据是指采用不同方式的遥感与非遥感手段所获得的数据，它有多种数据类型，包括地图、遥感、统计数据等。

随着遥感(RS)、全球定位技术(GPS)和地理信息系统(GIS)日益紧密的结合，遥感影像数据成为GIS重要的数据来源之一，其数据量正呈几何级数增长。然而现有的GIS软件却难以组织、调度、存储和管理这样的海量数据，更没有考虑多数据源、多比例尺、多时相影像数据的统一管理和集成的问题，国家基础地理信息产业建设也迫切需要高效、快捷地存储与管理海量影像数据。2

发展现状目前 ， 最著名的基于 Internet 影像数据库是微软的Microsoft TerraServer 数据库，这是美国微软公司借助其 网络化的数据库管理软件SQL Server 和强大的综合研发能力，聚集美国地质调查局、美国航空影像局和俄罗斯空间署，于1998年6月建成的。TerraServer 开始的目的是想综合技术、资料和硬件设备的优势，把美国和俄罗斯数十年由高精度卫星拍摄的卫星照片在Internet上展示给全世界 ，供感兴趣的人查询和使用。这些照片的最高精度可以达到每像素覆盖 1m² 至 1．56m²，而数据库的信息容量达到了5TB，并且每月都在增加。仅在美国，这些卫片就已经覆盖了其 30%的国土。开发者组织建立了一个金字塔型的图形查询机制，将处理后的卫片进行了无缝拼接。通过Internet，访问者可以在其中自由地漫游和缩放查询。微软还将自己的电子百科全书的虚拟地球与卫片有机地结合，组建了地名数据库，通过这些地名也可以搜寻到需要访问的目标。不过，在数据的选择上，Temaserver仅选择了8位灰度的单波段图像，数据入库后以JPEG压缩方式存储。影像数据按四种分辨率进行组织，因而，Terraserver中的影像仅能用作浏览显示，不能做进一步的处理、分析。

美国农业部农产品外销局(FAS)卫星图像磁带档案和检索系统(ITARS )也是一个较大的影像数据库系统，是由LNK公司根据与美国农业部农产品外销局(FAS)合作开发的。ITARS主要对卫星图像磁带建档和进行检索，数据库中主要存放卫星图像磁带的相关数据，包括快视图等，真正的影像数据存放在磁带库中。ITARS于1995年1月起就开始投人使用，作为农作物分析人员的一个基本工具，大大方便了他们对于分析中使用的大量卫星图像的管理。

另外，相关的产品还有Erdas公司的Image Catalog，这是IMAGINE系列软件之一，这是一个基于文件型的数据库管理系统，能够进行图像库及图像信息管理，包括与矢量地图结合的图像库索引查询、管理和存取。

国产的影像数据库有武汉吉奥信息工程有限公司的GeoImageDB。GeoImageDB主要功能有：多尺度数字影像的金字塔结构，图像工程、子工程、图像工作区的组织与调度，影像数据的无损压缩，时态数据的管理，数据产品的快速分发，影像数据的调度与显示，快速实时的漫游和任意开窗放大缩小与快速浏览，跨工程、工作区的切换访问与查询，无缝拼接，影像空间数据交换与共享。2

结构设计基本元素遥感影像数据库的基本构成元素包括图像数据和大量的图像元数据信息。这里的图像数据是指遥感影像图像数据；而图像元数据信息是指图像数据的信息，例如图像类型、摄影日期、摄影比例尺等信息。

数据存储模型遥感影像库中的数据采用空问单元分割技术统一管理。空间分割和空问区域数据链技术就是将不同传感器数据按照地形图的方式进行分幅，对于同一空间区域数据形成不同尺度的影像数据链，而不同区域则按照地形图标准形成单元分割的规范化数据。空间分割和空间区域影像数据链技术为研究尺度问题提供了标准单元数据，实现了影像数据的尺度管理；也为海量影像数据能够在网络上高效传输提供可能性。

字段类型的选择每个数据库都包含影像表和属性表，以及元数据表。影像表存储的是每幅影像的缩微快视图；属性表存储的是从遥感影像说明文件中获取的每幅影像的属性信息；元数据表存储的是每个影像数据文件的元数据信息。

遥感影像属性数据表的字段主要包括ID号，文件名称，成像日期，影像的行、列数，轨道号，空间分辨率，传感器类型和波段号等。其中，ID号用于和属性数据表关联；影像字段类型为IMAGE类型，用于以二进制方式存储影像。元数据文件的字段主要有文件名称、太阳方位角、4个角点的经纬度坐标、影像中心点的经纬度坐标和投影类型等。元数据表以文件名称与属性表相关联。这样建库可以最大限度地避免数据冗余，有利于提高影像检索速度。3

运行机制遥感影像数据库运行机制如下所示，当客户端提出访问数据库的请求时，服务器响应清求调用元数据库，通过文件管理系统得到影像数据，返回到客户端，但由于影像数据文件的特殊性，为了降低传输时问，在这里采用快视图和数据部分传输的技术实现影像快视图数据在网络环境下的高效传输；影像数据的另一个大的功能模块就是客户端可以提出处理影像数据的请求到服务器，服务器响应请求调用遥感图像处理子系统来完成数据的处理，然后上传到服务器中统一管理，此处的处理子系统就是基于空间配准的快速算法以及一些必要的处理过程来完成数据的处理，产生影像序列化所需的标准数据格式。它们的实现工具分别是：客户端采用客户端脚本HTML来实现；服务器端采用ASP脚本语言以及功能模块COM组件来实现；数据库利用功能强大的ORACLE来管理，它负责影像属性数据的管理以及调用文件系统来完成影像文件与服务器的交互；图像处理子系统的实现完全是从用户友好角度以及图像处理功能角度选取软件，它采用用户界面友好的软件VB作为其界面，然后用VB调用IDL提供的一个功能控件实现二者的结合，IDL负责图像的处理。3